Název: Letectví Rozmrazování letadla Témata: povrch a objem, rozměry, váha, hustota, bod mrazu kapalin Čas: 90 minut Vek: 13-14 Diferenciace: Vyšší úroveň: diskuze na téma chemických procesů při snižování bodu tání ledu Nižší úroveň: modelování povrchu letadla za použití geometrických tvarů v pracovním listu 1 můžeme zjednodušit Instrukce, ICT podpora atd.: Doporučujeme, aby tato výuka proběhla za spolupráce učitele matematiky a chemie. Pokud je to možné, můžeme přinést do hodiny model letadla, abychom přímo na modelu letadla (nikoliv na náčrtech) demonstrovali, které části letadla mohou být pokryty ledem. Pomůcky: Pracovní listy Volitelné: model letadla Volitelné: počítač vybavený GeoGebrou Požadované znalosti: výpočet povrchu válce pojem hmoty a hustoty Výstupy této aktivity: Studenti by měli pochopit, proč je nutné letadla rozmrazovat Studenti by měli být schopni modelovat a vypočítat nebo odhadnout povrch složitých předmětů. Studenti by měli být schopni vypočítat hmotnost ledu nebo sněhu na letadle. Studenti by měli být schopni pojmenovat výhody a nevýhody různých rozmrazovacích kapalin a dalších rozmrazovacích metod. pojem modifikování bodu mrazu kapalin míchání chemikálií Bezpečnost:
Popis hodiny Úvodní aktivita Začněte otázkou: Kdo již někdy letěl letadlem?, Kdo již viděl, jak se rozmrazuje letadlo?, Proč si myslíte, že je to důležité? atd. Nebo můžeme hodinu zahájit videem na téma rozmrazování letadla. Hlavní aktivita Studenti vytvoří dvojice nebo skupiny po třech. Každá skupina dostane pracovní list 1 a vypracuje jej pod dohledem učitele matematiky. Následuje krátké porovnání výsledků. Dvojice/ skupiny poté obdrží pracovní list 2 a zpracují zadání pod dohledem učitele chemie. Následně opět dojde ke krátkému srovnání výsledků. Závěrečná aktivita Pracovní list s otázkami použijí učitelé matematiky i chemie v závěrečné aktivitě. Celé téma uzavřou rozumnými otázkami. Vše můžeme promítnout na plátno nebo bílou tabuli.
Letectví Rozmrazování letadla Pracovní list 1 Scény jako je tahle se v zimě odehrávají na mnohých letištích. Letadla jsou rozmrazována, tzn. vrstva ledu (případně sněhu) je odstraňována z křídel letadla (někdy také ze směrových kormidel nebo dalších řídících prvků), obvykle za použití chemických prostředků. Proč však je důležité letadla rozmrazovat? Úkol 1: Níže naleznete rozvržení Airbusu 330-300. Využijte obrázek k odhadu povrchu křídel (diagram lze také importovat do GeoGebry a změřit povrch křídel zde), a celkový povrch letadla (trup letadla můžete považovat za válec; nezapomeňte připočítat spodní část křídel). Úkol 2: Jak těžká by byla 5cm vrstva sněhu (hustota nového sněhu je přibližně 100 kg/m 3 ) na obou křídlech? Úkol 3: V chladném počasí může být celý povrch letadla pokryt vrstvou ledu. Předpokládejme, že tato vrstva je 1 mm silná. Odhadněte, kolik váží tato vrstva, poté použijte výsledky z úkolu 1 a vypočítejte váhu vrstvy ledu (standardní hustota ledu je 916.7 kg/m 3 ). Poznámka: Hlavní nebezpečí však netkví v hmotnosti ledu, ale z faktu, že negativně ovlivňuje aerodynamické vlastnosti letadla. I tenká vrstva ledu (0.1 mm) na křídlech může snížit zdvih křídel o 30 %!
Letectví Rozmrazování letadla Pracovní list 2 K rozmrazování komerčních letadel na zemi se obvykle používají chemické přípravky. Obvykle se využívají čtyři typy chemikálií. Všechny jsou směsí vody, glykolu (obvykle etylenglykolu nebo propylen glykolu) a nakonec zahušťovadlo v různých poměrech. Technicky je rozdíl mezi rozmrazováním (odstraňování ledu, který je již na letadle) nebo ochraně proti námraze (prevence hromadění nového ledu) a typ I se většinou používá pouze pro rozmrazování, zatímco zbylé tři typy mohou být použity pro rozmrazování i ochranu před námrazou. Úkol 1: Zjistěte bod mrazu směsi 20 % vody a 80 % propylen glykolu. Jedná se o typickou rozmrazovací kapalinu typu I. Má nízkou viskozitu a proto je užívána hlavně pro rozmrazování (odstraňování ledu, který je již na letadle). Úkol 2: Typická rozmrazovací kapalina typu IV se skládá z cca 49% vody, 50% glykolu a 1% zahušťovadla a několik dalších chemikálií. Jaký bude bod mrazu této směsi (můžete ignorovat 1% zahušťovadlo a další chemikálie)? Úkol 3: Chemická směs popsaná v úkolu 2 poskytuje velmi dobrou ochranu před hromaděním nového ledu na křídlech (má dlouhou dobu působení). Proč, dle vašeho názoru, tato směs není používána i přes její dobré ochranné vlastnosti? Úkol 4: Proč má směs 60:40 glykolu (bod mrazu 12 C) a vody (bod mrazu 0 C) nižší bod mrazu ( 45 C) než obě kapaliny? Poznámka: Zatímco ve vzduchu je naprostá většina letadel rozmrazována elektrickou cestou (u vrtulových letadel) nebo tepelným způsobem (u tryskových letadel; využívá horký vzduch z motorů, který je veden dutými kanály v křídlech). Elektrický způsob rozmrazování je
energeticky náročný, a proto je zřídka používán na zemi. Tepelný způsob rozmrazování nemůže být používán na zemi, protože by mohlo dojít k přehřátí křídel (neochlazoval by je žádný vzdušný proud).
Letectví Rozmrazování letadel Otázky Několik otázek k uzavření hodiny a zahájení diskuze. Otázka 1: Domníváte se, že je k rozmrazování někdy používána i horká voda? Kdy byste ji použili a proč? Otázka 2: Proč není běžný rozmrazovací prostředek sůl- využíván častěji? Otázka 3: Předpokládejme, že je letadlo polovičních rozměrů (poloviční šířky i poloviční délky) Airbusu 330-300 z pracovního listu 1. Je pokryt 1 mm vrstvou ledu. Bude tato vrstva o polovinu lehčí, dvakrát těžší nebo o čtvrtinu těžší než vrstva ledu v úkolu 3 v pracovním listu 1? Otázka 4: Domníváte se, že k rozmrazování runwaye používají stejné rozmrazovací kapaliny? Otázka 5: Rozmrazovací kapaliny (směsi glykolu a vody) nejsou obvykle využívány v čisté podobě, ale jsou dále ředěny vodou. Proč by to někdo dělal?